用于在手动关节定位期间提供反馈的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于在手动关节定位期间提供反馈的系统和方法。一种在手动关节定位期间提供反馈的系统和方法，该系统和方法包括计算机辅助医疗装置。计算机辅助医疗装置包括铰接臂和耦接到铰接臂的控制单元，其中铰接臂包括关节。控制单元被配置为通过确定关节的目标位置、确定关节的相对于目标位置的运动学特性，以及基于关节的运动学特性提供反馈，在关节的手动定位期间提供反馈。

【技术实现步骤摘要】
用于在手动关节定位期间提供反馈的系统和方法本申请是国际申请日为2016年3月6日、进入国家阶段日为2017年9月15日的名称为“用于在手动关节定位期间提供反馈的系统和方法”的中国专利申请2016800159212(PCT/US2016/022553)的分案申请。相关申请本专利申请要求于2015年3月17日提交的标题为“用于在手动关节(joint)定位期间提供反馈的系统和方法(SYSTEMANDMETHODFORPROVIDINGFEEDBACKDURINGMANUALJOINTPOSITIONING)”的美国临时专利申请62/134,193的申请日的优先权和权益，其全部内容通过引用方式并入本文。
本公开大体涉及具有铰接臂的装置的操作，并且更具体地涉及在手动关节定位期间提供反馈。
技术介绍
越来越多的装置被自主(autonomous)和半自主(semiautonomous)的电子装置所取代。这在当今的医院中尤其如此，其中大量自主和半自主电子装置存在于手术室、介入科治疗室(interventionalsuites)、重症监护病房、急诊室等中。例如，玻璃和水银温度计正在被电子温度计替代，静脉滴注线现在包括电子监测器和流量调节器，并且传统的手持式手术器械正在被计算机辅助医疗装置所取代。这些电子装置为操作它们的人员提供了优点和挑战。这些电子装置中的许多可能够进行一个或更多个铰接臂和/或端部执行器的自主或半自主运动。这些一个或更多个铰接臂和/或端部执行器各自包括支撑铰接臂和/或端部执行器的运动的连杆和铰接关节的组合。在许多情况下，操纵铰接关节以获得位于对应铰接臂和/或端部执行器的连杆和铰接关节的远侧端部处的对应的工具的期望位置和/或取向(统称为期望的位姿)。在工具近侧的铰接关节中的每个提供具有至少一个自由度的对应的铰接臂和/或端部执行器，所述至少一个自由度可用于操纵对应的工具的位置和/或取向。在许多情况下，对应的铰接臂和/或端部执行器可包括至少六个自由度，这六个自由度允许控制对应的工具的x、y和z位置以及对应的工具的滚转、俯仰和偏转取向。在一些情况下，操作者可期望将铰接臂引导到特定配置(即，手动地定位臂中的一个或更多个关节)中。然而，在如此多的自由度的情况下，操作者可在确定何时已经获得所期望的配置时经历困难。操作者可在决定将关节移动到哪个方向以达到期望的配置时进一步经历困难。更进一步地，操作者可能没有意识到与每个关节相关联的物理和/或实际约束，诸如最大允许关节速度、运动范围限制等。因此，试图手动定位铰接臂的一个或更多个关节以达到预定配置的操作者可难以准确、快速地这样做，并且/或者没有对装置造成损坏和/或对诸如操作者和/或患者的附近人员造成伤害的风险。因此，可期望向操作者提供反馈以便于手动关节定位。
技术实现思路
根据一些实施例，计算机辅助医疗装置包括铰接臂，铰接臂包括关节和耦接到铰接臂的控制单元。控制单元被配置为通过确定关节的目标位置、确定关节的相对于目标位置的运动学特性(kinematics)，以及基于关节的运动学特性提供反馈，在关节的手动定位期间提供反馈。根据一些实施例，在手动定位计算机辅助医疗装置的关节期间提供反馈的方法包括确定关节的目标位置、确定关节的相对于目标位置的运动学特性，以及基于关节的运动学特性提供反馈。根据一些实施例，非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，当由与医疗装置相关联的一个或更多个处理器执行时，所述多个机器可读指令适于使一个或更多个处理器执行一种方法。该方法包括在手动定位关节期间确定关节的目标位置、确定关节的相对于目标位置的运动学特性，以及基于关节的运动学特性提供反馈。附图说明图1是根据一些实施例的计算机辅系统的简化图。图2是示出根据一些实施例的计算机辅系统的简化图。图3是根据一些实施例的在手动关节定位期间提供反馈的方法的简化图。图4是根据一些实施例的向操作者提供反馈的方法的简化图。在附图中，具有相同标号的元件具有相同或相似的功能。具体实施方式在下面的描述中，阐述了描述根据本公开的一些实施例的具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文公开的具体实施例旨在是例示性的而非限制性的。本领域技术人员可实现尽管在此没有具体描述但是在本公开的范围和精神内的其他元件。此外，为避免不必要的重复，除非另有具体描述，或者如果一个或更多个特征使得实施例不起作用，可将与一个实施例相关联地示出和描述的一个或更多个特征并入其他实施例。图1是根据一些实施例的计算机辅助系统100的简化图。如图1所示，计算机辅助系统100包括具有一个或更多个可移动或铰接臂120的装置110。一个或更多个铰接臂120中的每个可支撑一个或更多个端部执行器。在一些示例中，装置110可与计算机辅助手术装置一致。一个或更多个铰接臂120可各自为安装到铰接臂120中的至少一个的远侧端部的一个或更多个工具、手术器械、成像装置等提供支撑。装置110可进一步耦接到操作者工作站(未示出)，操作者工作站可包括用于操作装置110、一个或更多个铰接臂120和/或端部执行器的一个或更多个主控制，。在一些实施例中，装置110和操作者工作站可对应于由加利福尼亚州森尼维耳市的直观外科公司(IntuitiveSurgical，Inc.)出售的da手术系统。在一些实施例中，具有其他配置、更少或更多铰接臂等的计算机辅助手术装置可与计算机辅助系统100一起使用。装置110经由接口耦接到控制单元130。接口可包括一个或更多个无线链路、电缆、连接器和/或总线，并且可进一步包括具有一个或更多个网络切换和/或路由装置的一个或更多个网络。控制单元130包括耦接到存储器150的处理器140。控制单元130的操作由处理器140控制。尽管控制单元130被示出仅具有一个处理器140，但是应当理解，处理器140可代表控制单元130中的一个或更多个中央处理单元、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等。控制单元130可被实现为添加到计算装置的独立子系统和/或板或虚拟机器。在一些实施例中，控制单元可作为操作者工作站的一部分被包括，并且/或者独立于操作者工作站但与操作者工作站协作操作。存储器150可用于存储由控制单元130执行的软件和/或在控制单元130的操作期间使用的一个或更多个数据结构。存储器150可包括一种或多种类型的机器可读介质。机器可读介质的一些常见形式可包括软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质，CD-ROM、任何其他光学介质，穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质，RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或盒(cartridge)和/或处理器或计算机适于从中进行读取的任何其他介质。如图所示，存储器150包括可用于支持装置110的自主和/或半自主控制的运动控制应用程序160。运动控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算机辅助装置，其包括：/n铰接臂，其包括关节；以及/n控制单元，其耦接到所述铰接臂；/n其中，在用户对所述关节的手动定位期间为向用户提供反馈，所述控制单元被配置为：/n确定所述关节的第一目标位置；/n当所述关节正在朝向所述第一目标位置移动时，释放与所述关节相关联的制动器；/n当所述关节正在远离所述第一目标位置移动时，应用所述制动器；以及/n当所述关节处于所述第一目标位置时，将所述第一目标位置改变为第二目标位置。/n

【技术特征摘要】
20150317 US 62/134,1931.一种计算机辅助装置，其包括：
铰接臂，其包括关节；以及
控制单元，其耦接到所述铰接臂；
其中，在用户对所述关节的手动定位期间为向用户提供反馈，所述控制单元被配置为：
确定所述关节的第一目标位置；
当所述关节正在朝向所述第一目标位置移动时，释放与所述关节相关联的制动器；
当所述关节正在远离所述第一目标位置移动时，应用所述制动器；以及
当所述关节处于所述第一目标位置时，将所述第一目标位置改变为第二目标位置。


2.根据权利要求1所述的计算机辅助装置，其中，为确定所述关节是否正在朝向所述第一目标位置移动，所述控制单元被配置为确定所述关节相对于所述第一目标位置的速度。


3.根据权利要求1所述的计算机辅助装置，其中，所述第一目标位置包括允许位置的范围。


4.根据权利要求1所述的计算机辅助装置，其中，所述第一目标位置是固定位置。


5.根据权利要求1所述的计算机辅助装置，其中，所述第一目标位置是基于所述铰接臂的一个或更多个其他关节的运动学特性确定的动态位置。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的计算机辅助装置，其中，当所述关节正在远离所述第一目标位置移动时为应用所述制动器，所述控制单元被配置为向所述制动器施加与所述关节的速度成比例的制动力。


7.根据权利要求1至5中任一项所述的计算机辅助装置，其中，所述控制单元被进一步配置为当所述关节正在接近所述第一目标位置时使所述关节减速。


8.根据权利要求1至5中任一项所述的计算机辅助装置，其中，所述控制单元被进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·G·格里菲思，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国;US